一种快速可拆的燃料组件上部连接结构及其装拆方法与流程

本发明属于核反应堆燃料组件技术领域，具体涉及一种快速可拆的燃料组件上部连接结构及其装拆方法。

背景技术：

燃料组件上部连接是使燃料组件导向管上部与上管座连接起来的结构。目前afa3g燃料组件上部连接结构中，上管座与导向管采用可拆结构连接，即导向管上端与螺纹套筒胀接连接，带裙边的套筒螺钉穿过上管座连接孔拧入螺纹套筒，然后使用专用工具将套管螺钉的裙边胀接到上管座连接板的凹槽内，防止套筒螺钉松动。燃料组件修复时，施加足够的反向力矩可拧下套筒螺钉，从而取下上管座并更换破损燃料棒。由于afa3g上部连接采用螺纹连接，拆卸和复装操作较为麻烦，耗时较多，达不到快速可拆的目的。且拆卸时可能造成套筒螺钉咬死，复装时也可能产生套筒螺钉拧不到位的情况。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有燃料组件上部连接采用螺纹连接，拆卸和复装操作较为麻烦，耗时较多，且拆卸时可能造成套筒螺钉咬死，复装时也可能产生套筒螺钉拧不到位的情况，因此设计了一种快速可拆的燃料组件上部连接，该结构及其装置拆方法能够实现燃料组件上管座与导向管间的快速可靠连接，其安装和拆卸快捷，节工省时，具有良好的维修性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种快速可拆的燃料组件上部连接结构，包括上管座、连接套管以及锁紧管，所述连接套管的顶端和锁紧管的顶端均设置在上管座中，且锁紧管的顶端设置在连接套管的顶端上方，锁紧管的底端穿过连接套管的顶端设置在连接套管中，在连接套管的壁面和锁紧管的壁面上均设置有向着远离各自中心线的方向沿着径向折弯形成的环形鼓胀，且在连接套管的外壁和锁紧管的外壁上均设置有与各自内部连通的纵向切槽，且纵向切槽分别穿过对应的环形鼓胀后与对应的连接套管的顶端或锁紧管的顶端连通，上管座中安装连接套管和锁紧管的导向管通孔内壁内凹形成若干个形状与环形鼓胀相互匹配的环形扩槽，且环形鼓胀设置在对应的环形扩槽中。

在核反应堆燃料组件中，燃料组件上部连接是使燃料组件导向管上部与上管座连接起来的结构。目前新型燃料组件上部连接结构中，上管座与导向管需要采用快速可拆结构连接，才能满足使用要求。而现在afa3g燃料组件上部连接采用螺纹连接方式，即导向管上端与螺纹套筒胀接连接，带裙边的套筒螺钉穿过上管座连接孔拧入螺纹套筒，然后使用专用工具将套管螺钉的裙边胀接到上管座连接板的凹槽内，防止套筒螺钉松动。在燃料组件修复时，施加足够的反向力矩可拧下套筒螺钉，从而取下上管座并更换破损燃料棒。由于afa3g上部连接采用螺纹连接，拆卸和复装操作较为麻烦，耗时较多，达不到快速可拆的目的，且拆卸时可能造成套筒螺钉咬死，复装时也可能产生套筒螺钉拧不到位的情况。申请号为201310012299.8的中国专利公开了一种旋转可拆式导向管-上管座连接件，包括旋扣帽和旋扣套管，二者均为圆管结构，两者之间紧密配合并通过旋扣结构连接；其中，旋扣帽的上部为弹性裙边，弹性裙边中下部设有半圆形凸起；弹性裙边上周向均匀开有若干个纵向沟槽，纵向沟槽将弹性裙边划分为若干瓣；旋扣帽的内端面底端沿周向均布有与旋扣纹数量相同的凸起的旋扣卡扣，在弹性裙边和旋扣卡扣间沿轴向开有若干操作接口；旋扣套管的上部外壁沿周向均匀布置和旋扣帽的旋扣卡扣匹配的旋扣纹和扣槽，与旋扣卡扣形成旋扣结构；旋扣套管的下部设有导向管接口。该结构应可以防止在燃料组件操作运输和堆内运行时发生连接失效或松脱，同时在需要时可以通过远程操作工具便捷的进行拆卸和重装。但是该连接件需要施加一定的旋转力矩才能实现安装和拆卸，旋扣帽上的弹性裙边无法起到快速定位和快速锁紧的作用，因而该旋转可拆式连接件达不到快速可拆的目的。尤其是在核反应堆燃料组件技术中，旋转拆卸的方式容易造成对部件的刮削，造成出现局部凹凸不平，在旋合时容易出现缝隙，则连接易出现失效，这在核反应堆中是非常危险的现象。

本技术方案则是通过在连接套管的壁面和锁紧管的壁面上均设置有向着远离各自中心线的方向沿着径向折弯形成的环形鼓胀，连接套管上段与锁紧管上段均为弹性裙边，连接套管和锁紧管两者均为圆管结构，相互之间紧密配合并通过各自的环形鼓胀与上管座导向管通孔内的环形扩槽相配合实现上部连接的锁紧。在连接套管的外壁和锁紧管的外壁上均设置有与各自内部连通的纵向切槽，且纵向切槽分别穿过对应的环形鼓胀后与对应的连接套管的顶端或锁紧管的顶端连通，纵向切槽将弹性裙边分割成若干瓣，上管座中安装连接套管和锁紧管的导向管通孔内壁内凹形成若干个形状与环形鼓胀相互匹配的环形扩槽，在安装时将环形鼓胀设置在对应的环形扩槽中，并且通过弹性裙边被挤压张开压紧在环形扩槽中，以实现燃料组件上管座与导向管间的快速可靠连接。本技术方案通过在连接套管和锁紧管上设置纵向切槽将侧壁切开形成弹性裙边，并结合环形鼓胀形成向外倾斜，同时环形鼓胀能够与环形扩槽配合使得固定牢固，且在装拆时只需有上下动作即可，而不需进行旋转，就能达到快速可拆的目的。

同时还在连接套管的壁面和锁紧管的壁面上均设置有若干个与其内部连通的退刀槽，且退刀槽分别设置在对应的纵向切槽下方并与纵向切槽底部连通。退刀槽是用于加工时便于刀具退出，消除应力集中，退刀槽为半圆形孔，其直径大于纵向切槽的宽度，还将纵向切槽与对应的连接套管或锁紧管轴线平行，且在连接套管或锁紧管上的纵向切槽中相邻的纵向切槽之间距离相等。这样结构稳定，动作保持一致。

环形扩槽的数量最好设计为连接套管上的环形鼓胀和锁紧管上的环形鼓胀数量之和。形成数量配合，既能够保证连接时的稳定性，也不会浪费空间，环形鼓胀数量至少为两个。

上管座的底部设置有导向口，且导向口呈喇叭状，且端面较大的一端设置在上管座的底面上，端面较小的一端与导向管通孔尺寸相同并与导向管通孔端头形成光滑连接，便于连接套管插入时起到引导作用，更加方便和精确定位。

一种快速可拆的燃料组件上部连接结构的装拆方法，包括装配过程和拆卸过程，其中装配过程为：首先将连接套管沿着上管座的导向段插入到上管座的导向管通孔内，使得连接套管的环形鼓胀能够与上管座的环形扩槽相配合；其次，将锁紧管从上往下插入到上管座的导向管通孔内，使得锁紧管的环形鼓胀能够与上管座的环形扩槽相配合，同时，锁紧管将连接套管的弹性裙边往外撑开，使得连接套管的环形鼓胀与上管座的环形扩槽紧密地配合；拆卸过程：将工具穿过锁紧管并径向扩张以咬住锁紧管的底边，施加一个向上的轴向力，使锁紧管局部变形后就可从连接套管中拉出，通过重新更换锁紧管，就能够完成燃料组件的修复。通过上述方法，其安装和拆卸快捷，节工省时，具有良好的维修性。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过连接套管与锁紧管各自的环形鼓胀与上管座导向管通孔内的环形扩槽相配合，可以实现燃料组件上管座与导向管之间的快速可靠连接；

2、本发明通过专用工具可将锁紧管从连接套管内快速拉出，便于远程操作，可以实现燃料组件上管座与导向管之间的快速拆卸；

3、本发明通过重新插入锁紧管，可以实现燃料组件的修复。本发明连接可靠，安装和拆卸快捷，节工省时，具有良好的维修性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明燃料组件上部连接结构示意图；

图2为本发明的锁紧管的结构示意图；

图3为本发明的连接套管的结构示意图；

图4为与实施例1相配的上管座结构示意图；

图5为实施例2的上部连接结构示意图。

图中，1-锁紧管，2-连接套管，3-上管座，11-锁紧管弹性裙边，12-锁紧管直段，13-锁紧管环形鼓胀，14-锁紧管纵向切槽，15-锁紧管退刀槽，21-连接套管弹性裙边，22-连接套管直段，23-连接套管环形鼓胀一，24-连接套管纵向切槽，25-连接套管退刀槽，26-连接套管环形鼓胀二，31-环形扩槽一，32-环形扩槽二，33-导向口，34-环形扩槽三。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1至图4所示，一种快速可拆的燃料组件上部连接结构，其硬件结构包括上管座3、连接套管2以及锁紧管1，其中连接套管2的顶端和锁紧管1的顶端均设置在上管座3中，且锁紧管1的顶端设置在连接套管2的顶端上方，锁紧管1的底端穿过连接套管2的顶端设置在连接套管2中，在连接套管2的壁面和锁紧管1的壁面上均设置有向着远离各自中心线的方向沿着径向折弯形成的环形鼓胀，且在连接套管2的外壁和锁紧管1的外壁上均设置有与各自内部连通的纵向切槽，且纵向切槽分别穿过对应的环形鼓胀后与对应的连接套管2的顶端或锁紧管1的顶端连通，上管座3中安装连接套管2和锁紧管1的导向管通孔内壁内凹形成形状与环形鼓胀相互匹配的环形扩槽，并且环形扩槽的数量为连接套管2上的环形鼓胀和锁紧管1上的环形鼓胀数量之和，且环形鼓胀设置在对应的环形扩槽中，还在连接套管2的壁面和锁紧管1的壁面上均设置有若干个与其内部连通的退刀槽，且退刀槽分别设置在对应的纵向切槽下方并与纵向切槽底部连通。需要将纵向切槽与对应的连接套管2或锁紧管1轴线平行，且在连接套管2或锁紧管1上的纵向切槽中相邻的纵向切槽之间距离相等。为了便于引导，还在上管座3的底部设置有导向口33，且导向口33呈喇叭状，且端面较大的一端设置在上管座3的底面上，端面较小的一端与导向管通孔尺寸相同并与导向管通孔端头形成光滑连接。连接套管1与锁紧管2各自弹性裙边的倾斜角度、环形鼓胀尺寸以及纵向切槽的个数可根据燃料组件上部连接的功能要求进行不同的设计。

锁紧管1和连接套管2两者均为圆管结构，相互之间紧密配合并通过各自的环形鼓胀与上管座3的导向管通孔内的环形扩槽相配合实现上部连接的锁紧。为方便描述，将锁紧管1分为两段，其上段设置纵向切槽、退刀槽和环形鼓胀的部分命名为锁紧管弹性裙边11，下段直段命名为锁紧管直段12，锁紧管弹性裙边11和锁紧管直段12为一体化结构，锁紧管1上的纵向切槽命名为锁紧管纵向切槽14，锁紧管1上的退刀槽命名为锁紧管退刀槽15，锁紧管1上的环形鼓胀命名为锁紧管环形鼓胀13，将连接套管2分为两段，其上段设置纵向切槽、退刀槽和环形鼓胀的部分命名为连接套管弹性裙边21，下段直段命名为连接套管直段22，连接套管弹性裙边21和连接套管直段22为一体化结构，各自直段的长度可根据燃料组件上部连接的功能要求进行不同的设计。锁紧管弹性裙边11和连接套管弹性裙边21均向外倾斜。连接套管2上的纵向切槽命名为连接套管纵向切槽24，连接套管2上的退刀槽命名为连接套管退刀槽25，连接套管2上的环形鼓胀命名为连接套管环形鼓胀一23，上管座3中的环形扩槽数量为两个，分别命名为环形扩槽一31和环形扩槽二32，其中环形扩槽一31设置在环形扩槽二32上方，装配时，首先将连接套管2从上管座3的导向口33插入到上管座3的导向管通孔内，由于连接套管弹性裙边21上开有连接套管纵向切槽24，使得连接套管环形鼓胀一23能够与上管座3的环形扩槽二32相配合。其次，将锁紧管1从上往下插入到上管座3的导向管通孔内，由于锁紧管弹性裙边11上开有锁紧管纵向切槽14，使得锁紧管环形鼓胀13能够与上管座3的环形扩槽一31相配合。同时，锁紧管1将连接套管2的连接套管弹性裙边21往外撑开，使得连接套管2的连接套管环形鼓胀一23能够与环形扩槽二32更加紧密地配合。当与导向管相连的连接套管2受到向下拉力时，连接套管2的连接套管环形鼓胀一23往下滑动，此时锁紧管1向外压迫连接套管2，产生摩擦力和径向力，使得连接套管2的连接套管环形鼓胀一23不能脱离环形扩槽二32。当受到足够大的拉力时，使得连接套管2的连接套管环形鼓胀一23完全被拉直时，连接套管2才会脱离上管座2上环形扩槽二32的约束。另外，锁紧管1的锁紧管纵向切槽14和连接套管2的连接套管纵向切槽24末端各设置有半圆形锁紧管退刀槽15和连接套管退刀槽25其目的在于消除纵向切槽的应力集中。有限元仿真分析表明，本实施例的燃料组件上部连接所能承受的最大拉力能够满足燃料组件上部连接的功能需求。

燃料组件上部连接拆卸时，只需将专用工具穿过锁紧管1并径向扩张以咬住锁紧管1的底边，施加一个向上的轴向力，使锁紧管1局部变形后就可从连接套管中拉出。通过重新更换锁紧管，就可以完成燃料组件的修复。

本实施例的燃料组件上部连接结构安装和拆卸极为简便快捷，定位准确可靠，节工省时。锁紧管1和连接套管2与上管座3连接均为机械锁定连接，无需胀形。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例对燃料组件上部连接结构作进一步限定：如图5所示，为增加燃料组件上部连接的可靠性，可在连接套管2的连接套管弹性裙边21上再增设一道环形鼓胀，命名为连接套管环形鼓胀二26，即连接套管2上设置两道环形鼓胀。相应地，上管座3的导向管通孔内也增设一道环形扩槽，命名为环形扩槽三34，应便与连接套管2增设的环形鼓胀相配合。通过连接套管2与上管座3上两道环形鼓胀和环形扩槽的配合，可大幅增加燃料组件上部连接的可靠性以及所能承受的最大拉力。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。